從英菲尼迪Q50到奧迪E-tron看線控技術(shù)之路

典型的機(jī)械車輛系統(tǒng)向電子控制的發(fā)展——無論如何，對于普通消費(fèi)者來說——是過去50年里不太明顯的技術(shù)轉(zhuǎn)變之一。

在踏板和引擎之間沒有機(jī)械連接的線控油門系統(tǒng)已經(jīng)存在了幾十年，它幫助實(shí)現(xiàn)了精確巡航控制、穩(wěn)定性控制和碰撞前安全系統(tǒng)，這些系統(tǒng)可以調(diào)節(jié)引擎扭矩，而不管駕駛員的腳在做什么。

2014年，英菲尼迪在Q50轎車中首次推出了線控技術(shù)（全球首款搭載線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的量產(chǎn)車型）——該系統(tǒng)使用軟件和電子設(shè)備來控制汽車前輪，而不是傳統(tǒng)的方向盤和轉(zhuǎn)向架之間的機(jī)械連接，如果發(fā)現(xiàn)故障，可以重新啟動機(jī)械連接。

基于線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，懸掛系統(tǒng)中的傳感器和軟件結(jié)合起來幫助方向盤模擬道路的感覺。通過消除機(jī)械損耗，可以降低傳統(tǒng)系統(tǒng)的響應(yīng)，轉(zhuǎn)向響應(yīng)更快，消除了方向盤的振動。

作為英菲尼迪Q50驅(qū)動模式選擇器的一部分，轉(zhuǎn)向在觸摸屏上進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)車型的不同，最多有四種預(yù)先設(shè)定的模式，外加一種個(gè)性化的設(shè)置，允許司機(jī)根據(jù)個(gè)人的駕駛風(fēng)格和道路類型混合和匹配努力和響應(yīng)。

這套系統(tǒng)配置了三個(gè)電子控制單元。正常情況下，系統(tǒng)會打開離合器以斷開機(jī)械連接。如果這三個(gè)部件全部失靈，離合器就會嚙合，汽車就會恢復(fù)老式的機(jī)械轉(zhuǎn)向。

不過，新車上市不久，美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)提交的一份召回報(bào)告顯示，日產(chǎn)將召回2014年生產(chǎn)的23款英菲尼迪Q50豪華轎車，因?yàn)槿绻l(fā)動機(jī)艙內(nèi)溫度降至冰點(diǎn)以下，這種線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)可能會失靈，故障還可能延遲這一備份系統(tǒng)的及時(shí)響應(yīng)。

不過，其實(shí)英菲尼迪Q50的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中仍然有機(jī)械中間軸設(shè)計(jì)，還不能完全算作線控轉(zhuǎn)向。在整車布置方面，真正的線控技術(shù)是取消了中間軸，能有效優(yōu)化整車布置、簡化轉(zhuǎn)向系統(tǒng)。據(jù)說，一些公司現(xiàn)在正在研究完全的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，以真正擺脫機(jī)械備份。

線控轉(zhuǎn)向技術(shù)，近年來也正在成為越來越多的汽車制造商進(jìn)行車輛測試的選擇項(xiàng)。今年，沃爾沃汽車宣布正在采用AB Dynamics公司的創(chuàng)新線控技術(shù)進(jìn)行車輛測試。該線控技術(shù)名為Flex-0，可直接通過控制器局域網(wǎng)絡(luò)（CAN）總線驅(qū)動車輛。

另一項(xiàng)技術(shù)，就是線控剎車。最引人注目的是豐田普銳斯，但通用、福特和本田的混合動力車也不例外。一級方程式賽車從2014年起就搭載了線控剎車技術(shù)，但除此之外，它目前主要是在一些混合動力車型上搭載。

奧迪最新推出的E-tron是首款采用線控剎車技術(shù)的純電動汽車。但它也還不是完全徹底的線控技術(shù)，因?yàn)檎嬲木€控剎車系統(tǒng)將使用電控剎車卡鉗代替液壓，而奧迪的系統(tǒng)采用的仍然是電動液壓。

踏板和踏板之間沒有機(jī)械連接，除了冗余備份之外。但制動器上的執(zhí)行機(jī)構(gòu)仍然是液壓的，它只是由電腦控制，根據(jù)駕駛員踩在踏板上的壓力大小做出反應(yīng)。

為了實(shí)現(xiàn)最大的性能和效率，工程師們想在E-tron上安裝一個(gè)帶有ultra-fine-tuned的再生制動系統(tǒng)——理論上可以增加30%的續(xù)航里程。不過，這需要通過線控剎車系統(tǒng)來幫助調(diào)節(jié)制動盤上的再生制動和機(jī)械制動之間的切換。

這套系統(tǒng)從一個(gè)充滿液壓油的主制動缸開始，壓力傳感器和踏板行程傳感器確定了駕駛員要求的制動力，這些信息會被傳送到剎車控制單元，同時(shí)一個(gè)“模擬器”會將踏板推回，從而產(chǎn)生剎車“感覺”。

然后系統(tǒng)將這些信息發(fā)送到另一臺控制動力系統(tǒng)的電腦上，包括馬達(dá)和剎車。這種切換決定了是否可以使用再生制動，或者是否需要調(diào)用液壓制動——閾值為是否需要0.3g的制動力。因此，該系統(tǒng)需要更少的足壓來產(chǎn)生更多的制動功率。

但是正如上面的英菲尼迪的線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)，如果計(jì)算機(jī)系統(tǒng)失敗了怎么辦？為了不讓人們太過驚慌，也為了滿足監(jiān)管要求，E-Tron確實(shí)有一個(gè)冗余的機(jī)械制動系統(tǒng)。

這種備份被設(shè)計(jì)用來做一件事——檢測線控剎車系統(tǒng)是否工作，如果不工作，立即打開一個(gè)閥門，將踏板產(chǎn)生的液壓直接發(fā)送到機(jī)械剎車活塞和卡鉗。

E-tron制動系統(tǒng)經(jīng)理邁克爾·溫(Michael Wein)表示:“到目前為止，在我們的測試中，該系統(tǒng)還沒有出現(xiàn)故障?！比绻沁@樣，它會向司機(jī)發(fā)出警告，告訴他們應(yīng)該檢查系統(tǒng)。最糟糕的結(jié)果是他們不會產(chǎn)生再生能量，而且你的腳剎車需要更多的壓力——但不會比傳統(tǒng)的剎車系統(tǒng)更糟糕。

機(jī)械系統(tǒng)電氣化的好處之一——運(yùn)輸?shù)摹坝芯€化”——是降低了成本和重量，并能更好地控制系統(tǒng)。

邁克爾·溫表示，目前由于存在冗余備份，系統(tǒng)通常不會變得更輕，但最終這些備份會消失，我們將得到一系列更精簡的控制系統(tǒng)。最終，完全切斷這些物理聯(lián)系將代表著汽車移動技術(shù)發(fā)展的巨大轉(zhuǎn)變，將徹底重塑汽車的設(shè)計(jì)方式。

當(dāng)然，也有可能最后大家發(fā)現(xiàn)舊的方法實(shí)際上是最好的方法——腳踏板和方向盤提供了最好的反饋和控制的最佳幾何形狀。

不過，當(dāng)汽車的轉(zhuǎn)向、節(jié)流閥和剎車系統(tǒng)與我們已經(jīng)習(xí)慣的傳統(tǒng)輸入完全分離時(shí)——當(dāng)它們不再需要機(jī)械備份時(shí)——我們將有一個(gè)全新的開始，尤其是對于未來的自動駕駛汽車來說更為重要。

線控系統(tǒng)(Drive-by-wire)是一個(gè)包羅萬象的術(shù)語，它可以指許多電子系統(tǒng)，這些電子系統(tǒng)要么增強(qiáng)了傳統(tǒng)的機(jī)械控制，要么完全取代了傳統(tǒng)的機(jī)械控制。

與使用電纜、液壓和其他方式為司機(jī)提供對車輛速度或方向的直接物理控制不同，線控技術(shù)使用電子控制來激活剎車、控制轉(zhuǎn)向和操作其他系統(tǒng)。目前，線控技術(shù)在車上的應(yīng)用主要在三大塊，分別是電子節(jié)氣門控制、線控剎車和線控轉(zhuǎn)向。

傳統(tǒng)的油門控制是通過機(jī)械電纜將油門踏板與油門連接起來，而電子節(jié)氣門控制系統(tǒng)使用一系列電子傳感器和執(zhí)行機(jī)構(gòu)。幾十年來，裝有計(jì)算機(jī)控制燃油的車輛一直在使用節(jié)流閥傳感器。

這些傳感器基本上只是告訴計(jì)算機(jī)節(jié)流閥的位置。節(jié)流閥本身仍然由物理電纜激活。在使用真正的電子油門控制的車輛中，油門踏板和油門之間沒有物理連接。相反，油門踏板發(fā)出信號，導(dǎo)致機(jī)電執(zhí)行機(jī)構(gòu)打開油門。

這通常被認(rèn)為是最安全的線控驅(qū)動技術(shù)，因?yàn)樗浅Ｈ菀讓?shí)現(xiàn)這種具有萬無一失的故障安全設(shè)計(jì)的系統(tǒng)。

同樣的道理，如果機(jī)械節(jié)流閥電纜剎車，節(jié)流閥就會簡單地關(guān)閉，汽車就會自然地減速和停車，電子節(jié)流閥控制系統(tǒng)可以設(shè)計(jì)成當(dāng)它不再接收到來自踏板傳感器的信號時(shí)，節(jié)流閥就會關(guān)閉。

線控剎車技術(shù)通常被認(rèn)為比電子節(jié)氣門控制更危險(xiǎn)，因?yàn)樗婕暗揭瞥緳C(jī)和剎車之間的任何物理連接。

傳統(tǒng)的液壓制動器使用主缸和幾個(gè)從缸。當(dāng)司機(jī)踩下剎車踏板時(shí)，它會對主缸施加物理壓力。在大多數(shù)情況下，這種壓力會被真空或液壓剎車助力器放大。然后，壓力通過剎車線傳遞到剎車卡鉗或車輪氣缸。

防抱死剎車系統(tǒng)是現(xiàn)代線控剎車技術(shù)的早期先驅(qū)，它允許車輛在沒有駕駛員輸入的情況下自動剎車。這是由一個(gè)電子執(zhí)行器完成的，它激活了現(xiàn)有的液壓制動器，許多其他的安全技術(shù)已經(jīng)建立在這個(gè)基礎(chǔ)上。電子穩(wěn)定控制、牽引力控制和自動制動系統(tǒng)都依賴于ABS，并與線制動技術(shù)密切相關(guān)。

在使用電液線剎車技術(shù)的車輛中，位于每個(gè)車輪上的卡鉗仍然是液壓激活的。然而，它們并沒有直接與主缸連接，主缸是通過踩剎車踏板激活的。

相反，踩下剎車踏板會激活傳感器或一系列傳感器。然后控制單元確定每個(gè)輪子需要多少制動力，并根據(jù)需要激活液壓卡鉗。

而在機(jī)電制動系統(tǒng)中，根本沒有液壓元件。這些真正的線控剎車系統(tǒng)使用傳感器來確定需要多少剎車力，但這種力不是通過液壓傳遞的。相反，機(jī)電制動器被用來激活位于每個(gè)輪子上的剎車系統(tǒng)。

大多數(shù)車輛使用齒條和小齒輪裝置或蝸桿和扇形轉(zhuǎn)向裝置，這些裝置實(shí)際連接到方向盤上。當(dāng)方向盤轉(zhuǎn)動時(shí)，齒條和小齒輪裝置或轉(zhuǎn)向箱也轉(zhuǎn)動。然后齒條和小齒輪裝置可以通過拉桿向球節(jié)施加扭矩，轉(zhuǎn)向箱通常會通過皮特曼的手臂來移動轉(zhuǎn)向連桿。

在采用線控技術(shù)的車輛中，方向盤和輪胎之間沒有物理連接。事實(shí)上，線控系統(tǒng)在技術(shù)上根本不需要使用方向盤。當(dāng)方向盤被使用時(shí)，一些類型的轉(zhuǎn)向感覺模擬器通常被用來向駕駛員提供反饋。

出于安全考慮，采用線控驅(qū)動技術(shù)的速度在過去幾年有所放緩。機(jī)械系統(tǒng)可能會失靈，也確實(shí)會失靈，但監(jiān)管機(jī)構(gòu)仍認(rèn)為它們比電子系統(tǒng)更可靠。

線控系統(tǒng)也比機(jī)械控制更昂貴，因?yàn)樗鼈円獜?fù)雜得多。然而，線控技術(shù)的未來可能會帶來許多有趣的發(fā)展。機(jī)械控制的取消可能使汽車制造商能夠設(shè)計(jì)出與今天完全不同的汽車。

線控技術(shù)還可以與無人駕駛汽車技術(shù)相結(jié)合是最完美的組合，并保障無人駕駛汽車技術(shù)允許車輛遠(yuǎn)程操作或由電腦操作。目前無人駕駛汽車項(xiàng)目使用機(jī)電制動器來控制轉(zhuǎn)向、剎車和加速，這可以通過直接連接線控技術(shù)來簡化。